Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Estudos sobre Racionalização Energética na
Empresa Nova Fundínio, S.A.
António Rafael Dias Bessa
V
ERSÃOF
INALDissertação realizada no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia
Electrotécnica e de Computadores (Major Energia), e do estágio realizado ao
abrigo do Programa de Cooperação Galp 21
Orientador: Professor Doutor José Eduardo Roque Neves dos Santos
Co-orientador: Engenheiro Ricardo Ferreira
ii
iii
Resumo
A energia é um bem cada vez mais valorizado, pelo que dever ser otimizado. Torna-se, assim, fundamental maximizar a sua produção e racionalizar o seu consumo. Atualmente, já está bem presente a ideia de que a racionalização dos consumos energéticos é um fator crucial para a competitividade das empresas, que conduzirá a benefícios económicos e de desenvolvimento sustentável.
A presente dissertação surge no âmbito de um estágio realizado ao abrigo do programa Galp
21, em parceria com a empresa Nova Fundínio, S.A. e a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.
Este trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de um conjunto de estudos em ambiente real (instalação fabril da Nova Fundínio), por forma a avaliar o desempenho da instalação elétrica em termos de eficiência energética, para posterior sugestão de medidas de racionalização dos consumos energéticos e dos custos da energia.
A Nova Fundínio, empresa na qual forma desenvolvidos os estudos que se apresentam nesta dissertação, é uma indústria de fundição com grande capacidade de produção e, por isso, regista, anualmente, elevados níveis de consumo de energia (gás natural e energia elétrica). Por esta razão, é fundamental implementar eficiência energética na empresa pois, a sua implementação, traduz-se num potencial aumento da margem de lucro.
Nesta perspetiva foram realizados vários estudos que se sumarizam, aqui, em cincos pontos: 1. Desagregação dos consumos energéticos;
2. Sistema de iluminação;
3. Compensação do fator de potência; 4. Gestão da fatura de eletricidade;
5. Redução da potência instalada (desativação de um transformador).
A análise aos consumos permitiu verificar que 65% da energia elétrica consumida pela instalação fabril é requerida pelo setor da Fundição (fusão e injeção).
As medidas propostas para a melhoria do sistema de iluminação permitirão uma redução de 39% (89 MWh/ano) do consumo energético com a iluminação. Com um investimento global de 32.100 €, a poupança anual registada será de 10.900 € e o período de retorno será de 3 anos.
A instalação de uma bateria de condensadores no PT 3 (único PT que não apresenta compensação do fator de potência) permitirá evitar os encargos mensais atuais devidos ao consumo da energia reativa a partir da rede. Estima-se que a poupança anual será de cerca de 560
€. Face a um investimento de 1.450 €, o período de retorno será de aproximadamente 3 anos.
O estudo realizado à avaliação do potencial interesse em substituir a compensação global pela compensação setorial do fator de potência, permitiu concluir que não existe vantagem na substituição integral de um tipo de compensação pelo outro. No entanto, em um dos quadros
iv
parciais, a instalação de uma bateria de condensadores é viável, possibilitando uma redução de 39% das perdas no circuito de alimentação desse quadro e uma poupança anual de 218 €. Face a um investimento de 1.750 €, o período de retorno será de 8,5 anos.
A alteração do ciclo contagem, que consta no contrato de fornecimento de energia elétrica, permitirá à empresa poupar aproximadamente 900 €/ano com encargos na fatura elétrica. Apenas é necessário alterar o “ciclo semanal com feriados” pelo “ciclo semanal com feriados opcional”. Esta medida não requer qualquer investimento.
A desativação do transformador 3 permitirá adequar a potência contratada ao os consumos reais atuais da instalação fabril. Estima-se que esta medida permitirá uma redução de cerca de 900
€/ano na fatura de eletricidade. Com um investimento inicial de 3.302 €, necessário para a
construção de uma nova ligação em BT, o retorno ocorrerá em aproximadamente 4 anos.
Em suma, a (eventual) implementação das medidas recomendadas permitirá à Nova Fundínio obter uma poupança anual de cerca de 13.478 €, face a um investimento global de 38.602 €.
v
Abstract
Energy is increasingly more valued, so it should be optimized. Therefore, it becomes fundamental to maximize its production and rationalize its consumption. Nowadays, the concept of energy efficiency is faced as a crucial factor to stimulate companies’ competitiveness, leading to economic benefits and sustainable development.
This dissertation arises in a scope of an internship carried out under the program Galp 21, having a partnership with the company Nova Fundínio, S.A. and Faculty of Engineering of the
University of Porto.
This project had as a goal the development of a set of studies in real environment (factory installation of Nova Fundínio), to rate the performance of the electrical installation when it comes to energy efficiency, so it can be followed by suggestions to rationalize the energy consumptions and the energy costs.
Nova Fundínio, the company where this dissertation’s studies were developed, is a foundry
industry with a big production capacity and, because of that, it registers, yearly, high levels of energy consumption (natural gas and electric energy). For this reason, is fundamental the implementation of energy efficiency, because its implementation will result on a potential arise of the profit margin.
In this perspective, several studies were made, which summarise, here, in five points: 1. Breakdown of the energy consumptions;
2. Lighting system; 3. Power factor correction
4. Management of the electricity’s invoices;
5. Reduction of the installed power (deactivation of a transformer).
Analysing the consumption, it was possible to verify that 65% of the electric energy spent by the factory installation is required by the foundry sector (fusion and injection).
The proposed solutions to improve the lighting system will allow a reduction of 39% (89
MWh/year) of the electric consumption with the lighting. With a global investment of 32.100 €,
the registered annual savings will be 10.900 € and the return period will be 3 years.
The installation of a capacitor bank on PT 3 (the only PT which does not have power factor correction), will allow to avoid the current monthly charges due to the consumption of reactive power from the electrical power system. It is estimated that the yearly savings will be around 560€. Regarding an investment of 1.450 €, the return period will be approximately 3 years.
The study made to the evaluation of the potential interest in substitute a global power factor correction for the sectorial power factor correction, allowed to conclude that it does not exist advantages in the integral substitution of a type of correction for the other. Nevertheless, in one
vi
of the partial boards, the installation of a capacitor bank is viable, allowing a reduction of 39% of losses in the power circuit of that partial board and a yearly saving of 218 €. Regarding an investment of 1.750 €, the return period will be of 8,5 years.
The change to the counting cycle, which is present in the contract of electric energy supply, will allow the company to save approximately 900 €/year in charges on the electric bill. It is only necessary changing the “ciclo semanal com feriados” for the “ciclo semanal com feriados opcional”. This does not require any investment.
The deactivation of the transformer 3 will allow to adequate the contracted power of the real current consumptions of the factory installation. It is estimated that this solution will allow a reduction of about 900 €/year on the electricity invoice. With an initial investment of 3.302 €, which is necessary to build a new electrical cable in low voltage, the return will occur in approximately 4 years.
In conclusion, the (eventual) implementation of the recommended solutions will allow to
Nova Fundínio to get a yearly saving of about 13.478 €, regarding a global investment of 38.602 €.
vii
Agradecimentos
Qualquer projeto ou percurso, como é o académico, dificilmente é possível sem a ajuda e o suporte de várias pessoas e entidades. Por esta razão, não poderia deixar de manifestar os meus sinceros agradecimentos:
À Galp Energia, pela oportunidade que me foi dada de realizar o estágio ao abrigo do Programa de Cooperação Universitária Galp 21. Dada a sua dimensão, foi para mim uma gratificante e inesquecível experiência, que contribuiu de forma significativa para o meu desenvolvimento pessoal e profissional.
À Nova Fundínio, S.A., particularmente ao Engenheiro Ricardo Ferreira, por me ter proporcionado todas as condições possíveis para a concretização com sucesso deste trabalho; pela troca de ideias, as conversas, e não só, durante as longas horas de trabalho.
Em especial ao meu orientador, Professor Doutor José Eduardo Roque Neves dos Santos, pelo o acompanhamento incansável que me proporcionou durante este projeto e fora dele; por ter sempre acreditado no meu potencial e me motivar durante os momentos mais difíceis. Muitos dos últimos sucessos alcançados não teriam sido possíveis sem a sua presença.
Ao Professor Doutor Fernando Martins pelo convite para a realização deste projeto, e por toda a disponibilidade e apoio transmitido.
À Engenheira Rosa Maria Cardoso, pela prontidão com que me ajudou nas questões sobre a fatura de energia, que foram fundamentais; por todo o apoio e disponibilidade demonstrada da sua parte, ao longo de todo o projeto.
Finalmente, um agradecimento muito especial aos meus familiares, à minha namorada, aos meus grandes amigos e todas as pessoas que alguma vez me ajudaram, que sem eles não me poderia ter tornado na pessoa que sou hoje.
ix
“If you want to be the best, you have to do things that other people are not willing to do.” Michael Phelps
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Índice
Resumo ... iii Abstract ... v Agradecimentos ... vii Índice ...xi Lista de Figuras ... xvLista de Tabelas ... xix
Acrónimos, Siglas e Símbolos ... xxiii
1 Introdução ... 1
1.1. Enquadramento e Apresentação do Projeto ... 1
1.2. Objetivos ... 2
1.3. Organização da Dissertação ... 3
2 Eficiência Energética ... 5
2.1. Estratégia Europeia para a Eficiência Energética ... 5
2.2. Política Energética Nacional ... 7
2.3. Eficiência Energética na Indústria ... 8
2.4. Motivação para a Eficiência Energética ... 12
3 Caracterização da Nova Fundínio S.A... 15
3.1. Breve Apresentação da Empresa ... 15
3.2. Horários de Funcionamento ... 17
3.3. Produção ... 18
3.4. Consumos Energéticos ... 19
3.5. Desagregação dos Consumos de Energéticos ... 23
xii
3.6. Conclusões ...25
4 Sistema de Iluminação ...27
4.1. Conceitos Gerais sobre Sistemas de Iluminação ...28
4.1.1. Tipos de Iluminação ...28
4.1.2. Principais Grandezas Luminotécnicas ...30
4.1.3. Coeficientes Importantes em Luminotecnia...31
4.1.4. Lâmpadas ...32
4.1.5. Luminária ...45
4.1.6. Equipamentos Auxiliares para Lâmpadas de Descarga...46
4.1.7. Comando de Circuitos de Iluminação ...49
4.2. Caracterização da Instalação de Iluminação Atual da Nova Fundínio ...54
4.2.1. Descrição da Iluminação ...54
4.2.2. Levantamento dos Equipamentos ...55
4.2.3. Estimativa dos Consumos e de Encargos com da Iluminação...56
4.2.4. Medição dos Níveis de Iluminância ...59
4.3. Estudos Técnico-Económicos: Medidas Propostas para a Melhoria do Sistema de Iluminação da Nova Fundínio ...60
4.3.1. Estudo de Soluções: Equipamentos Propostos ...60
4.3.2. Análise Espaço a Espaço ...64
4.4. Conclusões ...80
5 Compensação do Fator de Potência ...83
5.1. Conceitos Gerais sobre o Fator de Potência e sua Compensação...83
5.1.1. Conceito de Fator de Potência ...83
5.1.2. Consequências (Inconvenientes) de um Baixo Fator de Potência ...84
5.1.3. Faturação da Energia Reativa [41, 42, 43] ...86
5.1.4. Compensação do Fator de Potência ...89
5.1.5. Tipos de (Localização da) Compensação...90
5.1.6. Escolha da Solução de Compensação ...93
5.2. Compensação Global do Fator de Potência na Nova Fundínio: Estudos Técnico-Económicos ...94
5.3. Compensação Setorial do Fator de Potência na Nova Fundínio: Estudo Técnico-Económicos ...95
5.3.1. Metodologia Seguida ...96
5.3.2. Caracterização da Rede de Distribuição BT Candidata à Compensação Setorial96 5.3.3. Medição de Consumos ...97
5.3.4. Estimativa das Perdas nos Circuitos de Alimentação dos Quadros Parciais (QP) ...98
5.3.5. Análise económica...101
xiii
6 Gestão da Fatura de Eletricidade... 105
6.1. Principais Conceitos sobre a Faturação de Eletricidade... 105
6.1.1. Tensão de abastecimento da energia elétrica ... 105
6.1.2. Ciclo Horário ... 106
6.1.3. Potência Tomada ... 106
6.1.4. Potência Contratada ... 106
6.1.5. Potência em Horas de Ponta ... 107
6.1.6. Energia Ativa ... 107
6.1.7. Energia Reativa ... 107
6.1.8. Tarifas de Acesso à Redes ... 107
6.2. Otimização da Fatura de Eletricidade da Nova Fundínio ... 108
6.2.1. Análise da Alteração do Ciclo Horário ... 108
6.2.2. Análise dos Benefícios de Transferência de Carga de Horas de Ponta para outros Períodos Horários ... 114
6.2.3. Análise da Potência Contratada ... 116
6.3. Conclusões ... 117
7 Desativação de Transformador: Estudo Técnico-Económico ... 119
7.1. Identificação da (Eventual) Viabilidade Técnica de Desativação do Transformador 3 da Nova Fundínio ... 119
7.2. Dimensionamento da Nova Canalização Elétrica ... 123
7.2.1. Considerações iniciais ... 123
7.2.2. Cálculo da Corrente de Serviço na Canalização ... 123
7.2.3. Condição de Aquecimento ... 124
7.2.4. Condição de Proteção Contra Sobrecargas ... 125
7.2.5. Condição de Queda de Tensão ... 128
7.2.6. Condição de Proteção Contra Curto-circuitos ... 128
7.2.7. Cálculo do Poder de Corte da Proteção ... 129
7.3. Análise Económica ... 131
7.3.1. Estimativa do Investimento Inicial ... 131
7.3.2. Estimativa da Poupança ... 132
7.3.3. Resultado da Análise Económica ... 132
7.4. Conclusões ... 133
8 Conclusões ... 135
8.1. Síntese Conclusiva ... 135
8.2. Perspetivas de Trabalhos Futuros ... 137
xiv
A Registos da Caracterização da Nova Fundínio, S.A. ...143
A.1. Planta Geral das Instalações ...144
A.2. Produção ...145
A.3. Energia Elétrica ...145
A.4. Gás Natural ...149
A.5. Desagregação dos Consumos de Energia Elétrica dos Setores de Produção ...150
B Medições e Registos da Iluminação da Nova Fundínio ...153
B.1. Levantamento das Luminárias Instaladas ...153
B.2. Características das Fontes de Iluminação e dos Balastros Utilizados ...155
B.3. Estado da Instalação de Iluminação na Nova Fundínio ...156
B.4. Estimativa dos Consumos e dos Custos da Iluminação ...157
B.5. Medição dos Níveis de Iluminância ...160
B.6. Exemplo do Processo de Cálculo Utilizado nos Estudos Técnico-Económicos na Iluminação ...165
B.7. Estimativa dos Custos da Iluminação das Soluções Propostas ...170
B.8. Dados Luminotécnicos ...172
C Medições e Registos da Rede Elétrica de BT da Nova Fundínio ...173
C.1. Medições no Quadro Geral de Baixa Tensão 3 (QGBT 3) ...173
C.2. Medições de Consumos nas saídas dos Quadros Gerais de Baixa Tensão (QGBT) 174 C.2.1. QGBT 1 ...175
C.2.2. QGBT 2 ...177
C.2.3. QGBT 3 ...183
D Dados para Gestão da Fatura de Eletricidade ...187
D.1. Períodos Horários ...187
D.2. Diagrama de Carga Típico dos Dias de Laboração da Nova Fundínio...189
xv
Lista de Figuras
Figura 2.1 – Política Energética da União Europeia para 2020 [3] ... 6
Figura 2.2 – Síntese da aplicação do SGCIE em instalações CIE [11] ... 11
Figura 2.3 – Triângulo do desenvolvimento sustentável, adaptado de [12] ... 12
Figura 3.1 – Logotipo da Nova Fundínio ... 16
Figura 3.2 – Fluxograma do ciclo de produção da Nova Fundínio ... 18
Figura 3.3 – Comparação da evolução da produção de alumínio, em toneladas, e consumo de energia primária, em tep ... 23
Figura 3.4 – Distribuição dos consumos por forma de energia no ano 2016 ... 23
Figura 4.1 – Iluminação Geral Figura 4.2 – Iluminação localizada Figura 4.3 – Iluminação Mista [16] ... 29
Figura 4.4 – Classificação da Iluminação Segundo o Grau de Difusão da Iluminação [13] ... 30
Figura 4.5 – Esquema da iluminância de um plano útil [15] ... 31
Figura 4.6 – Esquema exemplificativo do fator de utilização [15] ... 32
Figura 4.7 – Exemplo de lâmpadas de incandescência. Esquerda: Lâmpada incandescente [19]. Direita: Lâmpada de halogéneo [20] ... 33
Figura 4.8 – Exemplo de uma lâmpada fluorescente tubular (do tipo T5) [22] ... 35
Figura 4.9 – Exemplo de uma lâmpada fluorescente compacta [23] ... 35
Figura 4.10 – Exemplo de uma lâmpada de vapor de sódio de baixa pressão [24] ... 36
Figura 4.11 – Exemplo de uma lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão [26] ... 36
Figura 4.12 – Exemplo de uma lâmpada de vapor de sódio de alta pressão [27] ... 37
Figura 4.13 – Exemplo de uma lâmpada de vapor de mercúrio com iodetos metálicos [28] ... 38
Figura 4.14 – Exemplo de uma lâmpada de luz mista [29] ... 38
Figura 4.15 – Exemplo de uma lâmpada de indução fluorescente de alta potência [30] ... 39
Figura 4.16 – Exemplo de uma lâmpada de descarga em gás de baixa pressão por indução [30] ... 39
Figura 4.17 – Exemplo de uma luminária LED [31] ... 40
Figura 4.18 – Etiqueta-tipo da classe de eficiente energética de uma lâmpada [32] ... 42
Figura 4.19 – Casquilhos normalizados de lâmpadas incandescentes e de descarga [15] ... 45
Figura 4.20 – Casquilhos normalizados de lâmpadas fluorescentes [15] ... 45
Figura 4.21 – Exemplo de diagrama polar de intensidade luminosa de uma luminária LED [33] ... 46
Figura 4.22 – O arrancador no circuito de alimentação de uma lâmpada fluorescente (A-arrancador, B-balastro, L-lâmpada) [15] ... 47
xvi
Figura 4.23 – O ignitor no circuito de alimentação de uma lâmpada (A-arrancador, I-ignitor,
L-lâmpada) [15] ...47
Figura 4.24 – Esquema de ligação do balastro eletrónico. Fonte: OSRAM (adaptado) ...48
Figura 4.25 – O condensador no circuito de alimentação de uma lâmpada. Direita: lâmpada vapor de mercúrio de alta pressão. Esquerda: lâmpadas de iodetos metálicos/vapor de sódio de alta pressão [15]. ...48
Figura 4.26 – Esquema de ligações de um interruptor unipolar [15] ...49
Figura 4.27 – Esquema de ligações de um comutador de lustre [15] ...49
Figura 4.28 – Esquema de ligações de um comutador de escada [15] ...50
Figura 4.29 – Esquema de ligações de um comutador de escada duplo [15] ...50
Figura 4.30 – Esquema de ligações de um inversor de grupo [15] ...50
Figura 4.31 – Esquema de ligação de um telerruptor [34] ...51
Figura 4.32 – Esquema de ligação de um automático de escada [34] ...52
Figura 4.33 – Esquema de ligação de um interruptor horário eletromecânico [34] ...52
Figura 4.34 – Exemplo de um interruptor horário digital [35] ...53
Figura 4.35 – Esquema de ligação de um interruptor crepuscular [34] ...53
Figura 4.36 – Esquema de ligação de um detetor de presença (associado a um interruptor manual) [36] ...54
Figura 4.37 – Níveis médios de iluminância geral por setor ...59
Figura 4.38 – Representação tridimensional da Vibroenergia, com simulação de iluminação (luminárias T5) ...66
Figura 4.39 – Representação tridimensional dos Granalhagem, com simulação de iluminação (luminárias LED) ...67
Figura 4.40 – Representação tridimensional da Manutenção Geral, com simulação de iluminação (luminárias LED) ...68
Figura 4.41 – Representação tridimensional da Manutenção de Moldes, com simulação de iluminação (luminárias LED) ...70
Figura 4.42 – Representação tridimensional do Armazém, com simulação de iluminação (luminárias T5) ...71
Figura 4.43 – Representação tridimensional do Acabamentos Finais, com simulação de iluminação (luminárias LED) ...72
Figura 4.44 – Representação tridimensional do Fundição, com simulação de iluminação (luminárias LED) ...73
Figura 4.45 – Representação tridimensional do Gabinete da Manutenção Geral, com simulação de iluminação (luminárias T5) ...76
Figura 4.46 – Planta do refeitório, com a localização dos detetores de presença propostos...78
Figura 4.47 – Representação tridimensional do Cozinha, com simulação de iluminação (luminárias LED) ...79
Figura 5.1 – Triângulo de Potências [39] ...84
Figura 5.2 – Redução das perdas por efeito de Joule em função do fator de potência [40] ...85
Figura 5.3 – Principio da compensação do fator de potência [44] ...89
Figura 5.4 – Diagrama vetorial do princípio da compensação da potência reativa [39] ...90
Figura 5.5 – Esquema tipo da compensação global do fator de potência [45] ...91
Figura 5.6 - Esquema tipo de uma compensação setorial do fator de potência [45] ...92
xvii
Figura 5.8 – Rede de distribuição da instalação elétrica da Nova Fundínio (nível 1) ... 96
Figura 5.9 – Comparação do diagrama de correntes antes e após a compensação do fator de potência na saída 1 do QGBT 2 ... 99
Figura 6.1 – Poupança mensal proveniente da alteração do ciclo horário ... 113
Figura 6.2 – Custo médio da energia por período horário ... 114
Figura 6.3 – Diagrama de carga e a variação do custo horário num dia útil ... 115
Figura 7.1 – Perfil da potência aparente consumido do QGBT 1 ... 120
Figura 7.2 – Perfil da potência aparente consumido do QGBT 2 ... 120
Figura 7.3 – Perfil da potência aparente consumido do QGBT 3 ... 121
Figura 7.4 – Perfil de consumo no QGBT1 na eventualidade de transferência das cargas, atualmente, alimentadas pelo QGBT3 ... 122
Figura 7.5 – Rede de distribuição da instalação elétrica da Nova Fundínio (nível 1, após desativação do transformador 3). ... 122
Figura 7.6 – Procedimento seguido para a determinação de I’Z e da secção do cabo a dimensionar ... 125
Figura 7.7 – Determinação do calibre da proteção, considerando a secção do condutor de 95 mm2 ... 126
Figura 7.8 – Determinação do calibre da proteção, considerando a secção do condutor de 120 mm2 ... 126
Figura 7.9 – Determinação do calibre da proteção, considerando a secção do condutor de 150 mm2 ... 127
Figura 7.10 - Determinação do calibre da proteção, considerando a secção do condutor de 185 mm2 ... 127
Figura 7.11 – Representação da ligação do transformador 1 ... 130
Figura 7.12 – Diagrama de impedância ... 130
Figura A.1 – Planta geral da Nova Fundínio ... 144
Figura A.2 – Evolução mensal da fatura de energia elétrica da Nova Fundínio em 2016 ... 147
Figura A.3 – Evolução do consumo de energia ativa na Nova Fundínio em 2016 ... 147
Figura A.4 – Evolução mensal do custo em €/MWh em 2016 ... 148
Figura A.5 – Distribuição dos custos de cada um dos termos tarifários da fatura de energia (em média) do ano 2016 ... 148
Figura A.6 – Evolução mensal da fatura de gás natural da Nova Fundínio em 2016 ... 149
Figura A.7 - Evolução do custo do gás natural(€/m3) em 2016 ... 150
Figura B.1 – Lâmpada Fluorescente com desgaste excessivo (Fundição) ... 156
Figura B.2 – Luminária desgastada e com elevada sujidade (Mecanização) ... 157
Figura B.3 – Lâmpadas com temperaturas de cor diferentes instaladas na mesma luminária (Gabinete da manutenção geral) ... 157
Figura C.1 – Perfil das potências ativa e reativa do QGBT3 ... 173
Figura C.2 – Perfil das potências ativa e reativa da saída 1 do QGBT1 ... 175
Figura C.3 – Perfil da corrente da saída 1 do QGBT1 ... 175
xviii
Figura C.5 – Perfil da corrente da saída 2 do QGBT1 ...176
Figura C.6 – Perfil das potências ativa e reativa da saída 1 do QGBT2 ...177
Figura C.7 – Perfil da corrente da saída 1 do QGBT2 ...177
Figura C.8 – Perfil das potências ativa e reativa da saída 2 do QGBT2 ...178
Figura C.9 – Perfil da corrente da saída 2 do QGBT2 ...178
Figura C.10 – Perfil das potências ativa e reativa da saída 3 do QGBT2...179
Figura C.11 – Perfil da corrente da saída 3 do QGBT2 ...179
Figura C.12 – Perfil das potências ativa e reativa da saída 4 do QGBT2...180
Figura C.13 – Perfil da corrente da saída 4 do QGBT2 ...180
Figura C.14 – Perfil das potências ativa e reativa da saída 5 do QGBT2...181
Figura C.15 – Perfil da corrente da saída 5 do QGBT2 ...181
Figura C.16 – Perfil das potências ativa e reativa da saída 6 do QGBT2...182
Figura C.17 – Perfil da corrente da saída 6 do QGBT2 ...182
Figura C.18 – Perfil das potências ativa e reativa da saída 1 do QGBT3...183
Figura C.19 – Perfil da corrente da saída 1 do QGBT3 ...183
Figura C.20 – Perfil das potências ativa e reativa da saída 2 do QGBT3...184
Figura C.21 – Perfil da corrente da saída 2 do QGBT3 ...184
Figura C.22 – Perfil das potências ativa e reativa da saída 3 do QGBT3...185
Figura C.23 – Perfil da corrente da saída 3 do QGBT3 ...185
Figura C.24 – Perfil das potências ativa e reativa da saída 4 do QGBT3...186
Figura C.25 – Perfil da corrente da saída 4 do QGBT3 ...186
Figura D.1 – Diagramas de carga d dia úteis do ano 2016 ...189
xix
Lista de Tabelas
Tabela 3.1 – Principais industrias e países em que a Nova Fundínio está presente ... 16
Tabela 3.2 – Horários de funcionamento da Nova Fundínio ... 17
Tabela 3.3 – Registo dos consumos de energia elétrica e gás natural, nas unidades habituais e em tep, bem como do indicador de consumo específico de energia, em 2016... 22
Tabela 3.4 – Resumo dos custos energéticos, por forma de energia, na Nova Fundínio em 2016 ... 25
Tabela 4.1 – Fluxo luminoso para vários tipos de lâmpadas (Fonte: Philips e OSRAM) ... 41
Tabela 4.2 – Rendimento luminoso por tipo de lâmpada [13, 15] ... 42
Tabela 4.3 – Exemplos de índice de restituição de cor em função da aplicação [13] ... 43
Tabela 4.4 – IRC em função do tipo de lâmpada [13, 15, 18] ... 43
Tabela 4.5 – Relação da temperatura de cor e a aparência da luz emitida [13] ... 43
Tabela 4.6 – Valores característicos de temperatura de cor para diferentes tipos de lâmpadas [13, 18] ... 44
Tabela 4.7 – Tempo de média de vida em função do tipo de lâmpadas [13, 15, 18]... 44
Tabela 4.8 – Estimativa dos consumos e dos custos energéticos relativos à iluminação, desagregados por setores ... 58
Tabela 4.9 – Lista de luminárias propostas e respetivas características, para cada espaço ... 62
Tabela 4.10 – Lista de balastros propostos e respetivas características, para cada espaço ... 63
Tabela 4.11 – Tubo LED proposto para a Granalhagem, e respetivas características ... 64
Tabela 4.12 – Detetor de presença proposto para o Refeitório ... 64
Tabela 4.13 – Análise económica das soluções propostas para a Vibroenergia ... 66
Tabela 4.14 – Análise económica das soluções propostas para a Granalhagem ... 68
Tabela 4.15 – Análise económica das soluções propostas para a Manutenção Geral ... 69
Tabela 4.16 – Análise económica das soluções propostas para a Manutenção de Moldes... 70
Tabela 4.17 – Análise económica das soluções propostas para a Armazém ... 71
Tabela 4.18 – Análise económica das soluções propostas para os Acabamentos Finais ... 72
Tabela 4.19 – Análise económica das soluções propostas para os Acabamentos Finais, relativamente à iluminação localizada ... 73
Tabela 4.20 – Análise económica das soluções propostas para a Fundição ... 74
Tabela 4.21 – Análise económica das soluções propostas para a Fundição, relativamente à iluminação localizada ... 74
Tabela 4.22 – Análise económica das soluções propostas para a Mecanização I ... 75
xx
Tabela 4.24 – Proposta equipamentos (balastros ET, luminárias LED e luminárias T5) para os
gabinetes ...77
Tabela 4.25 – Análise económica das soluções propostas para os Gabinetes ...77
Tabela 4.26 – Análise económica para a instalação de detetores de presença no Refeitório...79
Tabela 4.27 – Análise económica das soluções propostas para a Cozinha ...80
Tabela 4.28 – Sumário das soluções de iluminação recomendadas para os diferentes espaços da Nova Fundínio...81
Tabela 4.29 – Resumo do estudo técnico-económico da iluminação na Nova Fundínio ...82
Tabela 5.1 – Variação da secção relativa em condutores em função do fator de potência [13] ..85
Tabela 5.2 – Variação da potência útil máxima que um transformador de 1.000kVA pode absorver [13] ...86
Tabela 5.3 – Regras de Faturação da energia reativa indutiva [39] ...88
Tabela 5.4 – Valores da potência ativa e reativa utilizados para o dimensionamento da bateria de condensadores a instalar no QGBT 3 ...94
Tabela 5.5 – Análise económica para a instalação de uma bateria de condensadores no QGBT 3 ...95
Tabela 5.6 – Caracterização dos circuitos de alimentação dos QPs ...97
Tabela 5.7 – Resultados da análise da redução das perdas nos circuitos de alimentação dos QP na eventualidade de compensação setorial para um fator de potência unitário ...100
Tabela 5.8 – Análise económica relativa à implementação da compensação setorial do fator de potência na Nova Fundínio ...102
Tabela 6.1 – Preços de fornecimento de energia considerados para análise económica dos ciclos horários ...109
Tabela 6.2 – Desagregação da energia ativa nos períodos horários e faturação da energia ativa para o ciclo FER ...110
Tabela 6.3 – Desagregação da energia ativa nos períodos horários e faturação da energia ativa para o ciclo FOP ...110
Tabela 6.4 – Cálculo da potência em horas de ponta e da respetiva faturação, para o ciclo FER ...111
Tabela 6.5 – Cálculo da potência em horas de ponta e da respetiva faturação, para o ciclo FOP ...112
Tabela 6.6 – Faturação total para cada um dos ciclos horário ...112
Tabela 6.7 – Análise económica para alteração do ciclo horário ...113
Tabela 6.8 – Exemplo do benefício económico da transferência de consumo de uma máquina em horas de ponta para horas mais baratas ...115
Tabela 6.9 – Potência tomada e contratada da Nova Fundínio em 2016 ...116
Tabela 7.1 – Estimativa do investimento inicial provenientes dos encargos associados à construção da nova ligação em BT ...131
Tabela 7.2 – Análise económica relativa à desativação do transformador 3 instalado na Nova Fundínio ...133
Tabela A.1 – Produção da Nova Fundínio em 2016 ...145
xxi
Tabela A.3 – Registo das faturas de gás natural da Nova Fundínio do ano 2016 ... 149
Tabela A.4 – Desagregação dos consumos de energia elétrica dos setores e equipamentos de produção da Nova Fundínio, em janeiro de 2017 ... 151
Tabela B.1 – Levantamento das luminárias utilizadas na Nova Fundínio ... 153
Tabela B.2 – Características das fontes de iluminação utilizadas ... 155
Tabela B.3 – Características dos balastros utilizados ... 156
Tabela B.4 – Desagregação do horário de funcionamento pelos períodos tarifários de cada setor ... 158
Tabela B.5 – Tarifas da eletricidade para cada período horário, utilizadas na análise da Iluminação ... 158
Tabela B.6 – Estimativa detalhada de consumos energéticos e custos relativos à iluminação .. 159
Tabela B.7 – Registo detalhado das medições dos níveis de iluminância geral nos setores ... 161
Tabela B.8 – Registo detalhado das medições dos níveis de iluminância localizada nos postos de trabalho ... 164
Tabela B.9 – Levantamento das luminárias utilizadas na Vibroenergia ... 165
Tabela B.10 – Estimativa detalhada dos consumos energéticos e dos custos relativos à iluminação para a Vibroenergia ... 165
Tabela B.11 – Luminárias propostas para a Vibroenergia ... 166
Tabela B.12 – Balastros Propostos para a Vibroenergia ... 166
Tabela B.13 – Análise financeira para a solução de Balastros ET ... 169
Tabela B.14 – Análise financeira para a solução de Luminárias LED ... 169
Tabela B.15 – Análise financeira para a solução de Luminária T5 ... 170
Tabela B.16 – Resultados obtidos da análise económica para a Vibroenergia ... 170
Tabela B.17 – Estimativa dos custos de iluminação que advêm das soluções propostas ... 171
Tabela B.18 – Resultados obtidos das simulações luminotécnicas ... 172
Tabela D.1 – Períodos horários para o ciclo diário [52] ... 187
Tabela D.2 – Períodos horários para o ciclo semanal [53] ... 188
xxiii
Acrónimos, Siglas e Símbolos
Lista de acrónimos e siglas
ARCE Acordo de Racionalização de Consumos de Energia
AT Alta Tensão
AVAC Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado
BT Baixa Tensão
BTE Baixa Tensão Especial
BTN Baixa Tensão Normal
Ce Consumo Específico
CIE Consumidor Intensivo de Energia
CNC Computer Numerical Control
DGEG Direção Geral de Energia e Geologia
Eco.Ap Programa de Eficiência Energética na Administração Pública
EM Eletromagnético
ERSE Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos
ET Eletrónico
UE União Europeia
FER Ciclo Semanal com Feriados
FOP Ciclo Semanal Opcional com Feriados
FT5 Fluorescente Tubular T5
FT8 Fluorescente Tubular T8
HC Horas de Cheia
HFV Horas Fora de Vazio
HP Horas de Ponta
HSV Horas de Super Vazio
HV Horas de Vazio
HVN Horas de Vazio Normal
Ic Intensidade Carbónica
Ie Intensidade Energética
IEE Índice de Eficiência Energética
IM Iodetos Metálicos
IRC Índice de Restituição de Cor
xxiv
IV Infravermelhos
IVA Imposto sobre o Valor Acrescentado
LED Light Emiting Diode
MAT Muito Alta Tensão
MT Média Tensão
PC Potência Contratada
PHLI Período de Hora Legal de Inverno
PHLV Período de Hora Legal de Verão
PHP Potência em Horas de Ponta
PNAEE Plano Nacional de Ação para a Eficiência Energética
PNAER Plano Nacional de Ação para as Energias Renováveis
PNALE Plano Nacional de Atribuição de Licenças de Emissão
PREn Plano de Racionalização do Consumo de Energia
PRI Período de Recuperação do Investimento
PT Posto de Transformação
PVC Policloreto de Vinilo
QGBT Quadro Geral de Baixa Tensão
QMT Quadro de Média Tensão
QP Quadro Parcial
RCCTE Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos
Edifícios
RGCE Regulamento de Gestão do Consumo de Energia
RRC Regulamento de Relações Comerciais
RSECE Regulamento do Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios
RTIEBT Regras Técnicas de Instalações Elétricas de Baixa Tensão
SCE Sistema de Certificação Energética dos Edifícios
SGCIE Sistema de Gestão dos Consumos Intensivos de Energia
TAR Tarifas de Acesso às Redes
TIR Taxa Interna de Rentabilidade
US Ultrassom
VAB Valor Acrescentado Bruto
VAL Valor Atual Líquido
VMAP Vapor de Mercúrio de Alta Pressão
Lista de símbolos
A Ampère (Unidade de Corrente)
ω Ângulo Sólido
Sa Área Aparente
In Calibre da Proteção
cd Candela (Unidade de Intensidade Luminosa)
Lc Comprimento do Cabo
xxv
IB Corrente de Serviço
IZ Corrente Máxima Admissível
WA Energia Ativa
WR Energia Reativa
€ Euro (Unidade Monetária)
fc Fator de Correção
cosϕ Fator de Potência
FC Fluxo de Caixa
Φ Fluxo Luminoso
h Hora (Unidade de Tempo)
n Horizonte Temporal da Análise Económica
E Iluminância
Z Impedância Elétrica
Icc Intensidade da Corrente de Curto-Circuito
I Intensidade de Corrente Elétrica
Iluminosa Intensidade Luminosa
K Kelvin
lm Lúmen (Unidade de Fluxo Luminoso) lux Lux (Unidade de Luminância)
MWh Megawatt-hora (Unidade de Energia)
m Metro (Unidade de Comprimento)
m3 Metro Cúbico (Unidade de Volume)
m2 Metro Quadrado (Unidade de Área)
Ω Ohm (Unidade de Resistência Elétrica)
% Percentagem
S Potência Aparente
P Potência Ativa
Q Potência Reativa
p Preço da Energia Ativa Indutiva q Preço da Energia Reativa Capacitiva
Qluz Quantidade de Luz
∆U Queda de Tensão
Kg Quilograma (Unidade de Massa) Kgep Quilograma Equivalente de Petróleo kV Quilovolt (Unidade de Tensão)
kVA Quilovolt-ampere (Unidade de Potência Aparente) kvar Quilovolt-ampere reativo (Unidade de Potência Reativa) kvarh Quilovolt-ampere reativo hora (Unidade de Energia Reativa) kW Quilowatt (Unidade de Potência Ativa)
kWh Quilowatt-hora (Unidade de Energia)
xf Reatância Linear
xxvi
R Resistência Elétrica
rf Resistência Linear
Sc Secção do Condutor
p.u. Sistema “por unidade”
tgφmed HFV Tangente de phi Médio em Horas Fora de Vazio
i Taxa de Atualização
Tc Temperatura de Cor
tp Tempo de Atuação da Proteção
tFT Tempo de Fadiga Térmica
U Tensão
Uc Tensão Composta
Us Tensão Simples
tep Tonelada Equivalente de Petróleo Uo Uniformidade da Iluminância
V Volt (Unidade de Tensão)
1
Capítulo 1
Introdução
Este capítulo introdutório tem como principal função enquadrar o leitor em relação ao trabalho desenvolvido na dissertação “Estudos de Racionalização Energética na Empresa Nova Fundínio,
S.A.”.
Assim, no presente capítulo começa-se por apresentar o projeto desenvolvido nesta dissertação, bem como o enquadramento do mesmo e os objetivos a atingir com o seu desenvolvimento. No final, apresenta-se a organização do presente documento.
1.1. Enquadramento e Apresentação do Projeto
A realização da presente dissertação decorreu no âmbito de um estágio realizado ao abrigo do
Projeto de Cooperação Universitária Galp 21 (anteriormente designado por Galp 20-20-20). Este
programa tem como finalidade, o desenvolvimento anual de 21 estudos realizados por estudantes de licenciatura ou mestrado da Universidade de Aveiro, Instituto Superior Técnico e Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Estes estudos visam a identificação de sistemas e comportamentos energéticos racionais, aplicáveis na indústria e edifícios, tendo normalmente por base a realização de auditorias energéticas, em empresas clientes da Galp [1].
Desta forma, os estudos apresentados na presente dissertação constituem um dos 21 projetos realizados em 2017, e desenvolveu-se em articulação com uma das empresas selecionadas: a Nova
Fundínio S.A..
A Nova Fundínio iniciou a sua atividade em 19691 e, atualmente, tem como atividade principal produzir peças de fundição injetada, com ou sem mecanização, em ligas de alumínio, para a indústria automóvel, ferroviária, hidráulica, entre outras. Atendendo à sua antiguidade, desde de logo se prevê, que sofreu diversas e profundas alterações em termos de equipamentos ao longo dos seus anos de existência, procurando sempre que possível, um compromisso em atualizar-se com tecnologias mais recentes, e em ultrapassar os obstáculos naturais de uma instalação fabril que tenha sofrido diversas alterações nos ramos de atividade em que se inseria. Se é verdade que, por um lado, essas sucessivas modernizações visaram aquisição ou substituição de equipamentos, em contrapartida, por força de diversas circunstâncias, nem sempre foram
2 Introdução
realizadas no que diz respeito às infraestruturas. Pode-se dizer que, esta não só é a realidade da
Nova Fundínio, mas sim, de muitas outras unidades industriais de fundição em Portugal.
A Nova Fundínio classifica-se, quanto ao seu consumo energético, como uma instalação industrial consumidora intensiva de energia (CIE). Na realidade, no último ano (2016) o consumo energético, repartido entre energia elétrica e gás natural, ultrapassou os 1000 tep (toneladas equivalente de petróleo). Por conseguinte, a empresa apresenta uma fatura energética anual superior a 600 mil euros. Por esta razão, face ao benefício de uma utilização eficiente da energia e de um aumento direto na margem de lucro, considera-se urgente a necessidade de identificar os consumos energéticos, e identificar a utilização de recursos energéticos com uma visão focada na eficiência energética.
Este projeto, consistindo numa dissertação desenvolvida em ambiente empresarial, apresenta-se como uma vertente de auditoria energética, pois nele realizou-apresenta-se um diagnóstico detalhado de algumas áreas críticas de consumo na empresa de estágio, identificando possibilidades de melhoria e estabelecendo propostas adequadas.
1.2. Objetivos
O projeto, integrado no Pograma Galp 21, que se desenvolveu na Nova Fundínio, consistiu no desenvolvimento de medidas, ou atitudes, de racionalização energética que, por sua vez, se traduzissem numa melhoria de eficiência energética nos consumos energéticos da empresa.
Assim, para uma análise, em termos de eficiência energética, foi necessário, inicialmente, uma ambientação à instalação fabril, que permitisse, assim, um conhecimento suficientemente profundo dos hábitos e das atividades presentes na empresa.
Em concreto, os objetivos do projeto desenvolvido na Nova Fundínio incidiram essencial nas seguintes etapas:
• Estudo da rede elétrica existente e dos equipamentos de utilização de energia; • Caracterização e análise, através da sua desagregação, dos consumos energéticos,
bem como das faturas de energia;
• Avaliação de medidas com potencial de poupança, abrangendo nomeadamente os seguintes aspetos:
o Iluminação – análise detalhada do sistema e das condições de iluminação atuais, e elaboração de propostas para a sua substituição, tendo em vista uma melhoria dos consumos e da qualidade da iluminação;
o Fator de Potência – caracterização da rede de distribuição de baixa tensão (BT), nomeadamente, dos circuitos de alimentação dos quadros parciais (QPs), medição daquele, nestes circuitos, e estudo da possibilidade de implementação de compensação global2 e/ou setorial do fator de potência; o Gestão da Fatura de Eletricidade – análise detalhada das faturas de
eletricidade e dos diagramas de carga da empresa, e estudo de propostas para otimização da fatura (redução de custos), como por exemplo, a possibilidade de alteração do ciclo horário.
• Realização dos diversos estudos técnico-económicos; • Conclusões e propostas de investimento.
2 Estudo a realizar apenas para o transformador 3, visto ser o único transformador que não apresenta qualquer tipo
Introdução 3
Para além dos objetivos iniciais previstos foi, posteriormente, proposto, por parte da empresa, a realização de estudo sobre o potencial interesse em desativar um dos transformadores da instalação fabril. Este estudo teve como objetivo, avaliar o custo/benefício de investimento em construir uma ligação em BT (entre dois Quadros Gerias de Baixa Tensão) versus a poupança proveniente da redução na potência contratada, associada à desativação de um dos tranformadores.
Certos aspetos abordados neste trabalho, como por exemplo no caso da iluminação, apresentam uma vertente de atualização, de um modo eficiente, das infraestruturas da empresa que, de certa forma, se apresentam envelhecidas.
1.3. Organização da Dissertação
A presente dissertação encontra-se estruturada em oito capítulos. Inicialmente aborda-se o tema da Eficiência Energética, seguido da apresentação e caracterização da empresa Nova
Fundínio, quer em termos gerais como em termos de consumos energéticos. Posteriormente, são
apresentados os vários estudos realizados no âmbito da racionalização energética na Nova
Fundínio. Procurou-se, para além de se expor os diversos estudos técnico-económicos e propostas
de investimento, apresentar os principais conceitos fundamentais sobre os vários temas abordados.
Assim, no presente capítulo, faz-se a Introdução desta dissertação, bem como do projeto que lhe serviu de base, enquadrando e identificando os seus principais objetivos. Também, é apresentada a organização do presente documento.
No Capítulo 2 aborda-se o tema da Eficiência Energética, no contexto europeu, e no contexto nacional. Aborda-se, também, em particular, a eficiência energética no setor industrial, apresentando-se os conceitos gerais da regulamentação do Sistema de Gestão dos Consumos
Intensivos de Energia (SCGIE). Por fim, apresentam-se as motivações atuais para a eficiência
energética.
O Capítulo 3 é dedicado à Apresentação da Empresa, em termos históricos, e em termos de produção e de funcionamento. Apresenta-se, acompanhando com as devidas análises, os seus consumos energéticos e a desagregação dos consumos energéticos
No Capítulo 4 apresenta-se o estudo de iluminação realizado. Inicialmente, são tratados os conceitos sobre Sistemas de Iluminação. De seguida, dão-se a conhecer as características da instalação de iluminação atual da Nova Fundínio. Por fim, apresentam-se os diversos estudos técnico-económicos realizados, apresentando propostas de melhoria do sistema de iluminação.
No Capítulo 5 aborda-se a Compensação do Fator de Potência. Inicialmente, expõe-se o conceito sobre o fator de potência e a sua compensação. De seguida, apresentam-se a análise da compensação global do fator de potência num dos PTs da instalação que, atualmente, não apresenta qualquer tipo de compensação. Descreve-se, ainda, o estudo sobre a análise de perdas nos circuitos de alimentação dos quadros parciais prevendo, nomeadamente, a possibilidade de se implementar o método de compensação setorial do fator de potência, ao invés da compensação global, já presente.
O Capítulo 6 é dedicado à Gestão da Fatura de Eletricidade da empresa. Também neste capítulo, são apresentados os conceitos gerais sobre o tema em questão. De seguida, estuda-se a otimização da fatura de eletricidade da Nova Fundínio, nomeadamente, a possibilidade de
4 Introdução
alteração do ciclo horário atual, e da transferência de carga em horas de ponta, com o objetivo de analisar os benefícios económicos de implementação destas medidas.
No Capítulo 7 apresenta-se o Estudo Técnico Económico sobre a Desativação do
Transformador 3, instalado na Nova Fundínio. Neste capítulo, ilustra-se o processo
dimensionamento da nova ligação em BT, que é necessário construir para transferir as cargas alimentadas, atualmente, pelo PT 3. Por fim, apresenta-se a análise económica e a respetiva análise aos resultados deste estudo.
No Capítulo 8 descrevem-se as Conclusões registadas ao longo desta dissertação, bem como do projeto. Indicam-se, ainda, algumas perspetivas futuras para a continuidade do trabalho desenvolvido
Por fim, no final do documento, são apresentados as Referências e os Anexos. Os anexos encontram-se organizados de acordo com os capítulos a que dizem respeito, servindo de complemento à compreensão dos capítulos principais.
5
Capítulo 2
Eficiência Energética
A eficiência é um tema que cada vez está mais presente no quotidiano da sociedade. Numa perspetiva que abrange mais do que a energia, a eficiência é hoje, inequivocamente, um fator fundamental na melhoria de comportamentos produtivos e, até mesmo, humanos.
Pode-se definir eficiência como sendo a capacidade de atingir um determinado objetivo, apenas usando os recursos que são realmente necessários. Naturalmente, a Eficiência Energética não escapa a esta definição.
Neste capítulo abordam-se, para além da definição de eficiência energética, as estratégias europeias e nacionais, as motivações económicas e ambientais para a implementação de planos de eficiência energética.
2.1. Estratégia Europeia para a Eficiência Energética
Atualmente, a Europa tem como prioridade a redução do consumo energético, bem como a redução das emissões de gases com efeito de estufa. Desta forma, a eficiência energética e o recurso a fontes de energias alternativas (energia renováveis), apresentam-se como dois caminhos propostos para alcançar esses objetivos.
Os países europeus têm definido políticas com base no quadro das metas europeias «20-20-20», que visam alcançar, em 2020: uma redução de 20% nas emissões de gases com efeito estufa (relativamente aos níveis verificados em 1990); uma quota de 20% de energia, do consumo final brutos, proveniente de fontes renováveis; e uma de redução de 20% no consumo de energia primária (relativamente ao cenário de consumo projetado para 2020 pela Comissão Europeia, caso não fossem tomadas medidas de eficiência energética) [2].
Em Portugal, estes objetivos traduzem-se em valores muito específicos, mediante um aumento de eficiência energética com o horizonte de 2020; foi estabelecido uma redução de 25% no consumo de energia primária, e um objetivo específico para a Administração Pública de uma redução de 30%. No que respeita à utilização de energia proveniente de fonte endógenas renováveis, Portugal está comprometido com uma meta de 31% do consumo final bruto de energia e 10% da energia utilizada nos transportes, até 2020 [2]. Pretende-se, ainda, que estes objetivos sejam cumpridos com o menor custo possível para a economia. De acordo com as metas europeias «20-20-20», pretende-se, em simultâneo, reduzir a dependência energética do país e garantir a segurança de abastecimento, através da promoção de um mix energético equilibrado.
6 Eficiência Energética
Figura 2.1 – Política Energética da União Europeia para 2020 [3]
As dificuldades financeiras europeias, resultado da crise económica que se viveu no seio da Europa, e que de certa forma ainda se vive, levaram à mudança de alguns vetores da política energética traçados, e a inevitáveis ajustamentos dos objetivos anteriormente referidos. Assim, à eficiência energética e à sustentabilidade junta-se a poupança, como um motor de decisivo no aparecimento de novas linhas de orientação energética. À medida que 2020 se torna um horizonte cada vez mais próximo, é obrigatório começar a estabelecer novas estratégias a médio e a longo prazo, e em simultâneo, ajustá-las à atualidade que hoje se vive.
A Europa está ciente que, até 2050, é necessário realizar a transição para um setor energético seguro, competitivo e hipocarbónico. Em março 2011, a Comissão Europeia apresentou os seus planos para a eficiência energética e o roteiro para uma economia de baixo carbono em 2050, que prevê uma redução de mais de 80% das emissões de gases com efeito estufa (relativamente aos níveis de 1990), onde foram analisados todos os sectores - produção de energia, transportes, habitação, indústria e agricultura [4].
Desta forma, os esforços convergem já nesse sentido; o “Roteiro para a Energia 2050”, apresentado pela Comissão Europeia, apresentou os caminhos possíveis a seguir, que passam por: descarbonização do sistema energético; eficiência energética e energias renováveis; investimentos precoces; contenção na subida de preços; economias de escala. Assim, o roteiro tem como objetivo alcançar metas de emissões de carbono fixadas para 2050, melhorando ao mesmo tempo a competitividade e a segurança do aprovisionamento da Europa.
De acordo com esta visão, em 2011, o comissário responsável pela pasta da Energia, Gunther
Oettinger, declarou o seguinte:
“Somente um novo modelo energético tornará o nosso sistema seguro, competitivo e sustentável a longo prazo. Dispomos agora de um enquadramento europeu para tomarmos as
Eficiência Energética 7
É neste sentido que, nos diversos países (Estados Membros); vão surgindo vários instrumentos políticos, do qual se destaca a Diretiva para a eficiência energética (Diretiva n.º 2012/27/UE) que tenta recuperar o fôlego europeu face à meta de 2020.
2.2. Política Energética Nacional
Perante esta necessidade de reduzir o consumo de energia à escala global, e tendo como base o compromisso assumido pelos países em desenvolver políticas energéticas capazes de cumprir as metas definidas pela União Europeia (UE), os estados membros mobilizaram-se no sentido de adotar politicas energéticas de forma a alcançar um melhor desempenho do setor energético. Assim, não sendo exceção, Portugal encontra-se igualmente envolvido neste processo.
De igual forma ao que acontece em todos os estados membros da UE, a política energética nacional está assente em dois pontos fundamentais, a racionalidade económica e a sustentabilidade, implementando para isso, medidas de eficiência energética, a utilização de energia proveniente de fontes endógenas renováveis e a necessidade de reduzir custos. Desta forma, sem comprometer, por um lado a competitividade das empresas, e por outro a qualidade de vida dos cidadãos, têm-se desenvolvido programas e planos que têm como principal objetivo em comum a racionalização do consumo energético nos diversos setores do país.
O primeiro passo foi a revisão do Plano Nacional de Ação para a Eficiência Energética (PNAEE), para o período 2013-2016 (Estratégia para a Eficiência Energética – PNAEE 2016) e do Plano Nacional de Ação para as Energias Renováveis (PNAER), para o período de 2013-2020 (Estratégia para as Energias Renováveis – PNAER 2020), através da Resolução do Conselho de Ministros nº20/2013.
O PNAEE e o PNAER são instrumentos de planeamento energético que estabelecem, em relação à eficiência energética e à utilização de energia proveniente de fontes renováveis, o modo de atingir as metas e os compromissos internacionais assumidos por Portugal. Para além disso, estes planos identificam ainda as possíveis barreiras existentes, bem como o possível potencial de melhoria em matéria de eficiência energética e de incorporação de energia proveniente de fontes renováveis nos vários setores de atividade, com vista à implementação dos programas e das medidas mais adequadas, tendo em conta a realidade nacional [2].
Na revisão efetuada na Resolução do Conselho de Ministros nº20/2013, foi realizada a integração dos dois planos que, até aquele momento, tinham sido tratados de forma independente. Isso permitiu uma ação concertada para os cumprimentos dos objetivos dos respetivos planos, minimizado o investimento necessário e aumentando a competitividade nacional. Neste contexto, as principais linhas comuns à revisão do PNAEE e PNAER foram: alinhamento dos objetivos dos planos em função do consumo de energia primária; eliminação de medidas de difícil implementação ou quantificação ou com impacto reduzido, e sua substituição por novas medidas ou por um reforço de medidas já existentes de menor custo e maior facilidade de implementação; avaliação estruturada dos impactos das medidas preconizadas por cada plano; instituição de um sistema conjunto de acompanhamento e monitorização dos planos [2].
A revisão integrada dos dois planos teve como objetivos: cumprir todos os compromissos assumidos por Portugal de forma economicamente mais racional; reduzir significativamente as emissões de gases com efeito de estufa, num quadro de sustentabilidade; reforçar a diversificação das fontes de energia primária, contribuindo para aumentar estruturalmente a segurança de abastecimento do País; aumentar a eficiência energética da economia, em relação particular no setor do Estado, contribuindo para a redução da despesa pública e o uso eficiente dos recursos;
8 Eficiência Energética
contribuir para o aumento da competitividade da economia, através da redução dos consumos e custos associados ao funcionamento das empresas e à gestão da economia doméstica, libertando recursos para dinamizar a procura interna e novos investimentos [2].
Para os Organismos e Serviços da Administração Pública, através da Resolução do Conselho de Ministros nº2/2011, foi lançado o Eco.ap (Programa de eficiência Energética na Administração Pública) que visa alcançar um nível de eficiência energética no setor público, na ordem dos 30%, até 2020, sem aumentar a despesa pública e, em simultâneo, permitir estimular a economia, no setor das empresas de serviços energéticos, através da criação do quadro legal destas empresas e da contratação pública de gestão de serviços energéticos. Este programa contribui assim para a concretização dos objetivos estabelecidos no PNAEE e no PNAER, permitindo ao Estado reduzir os consumos de energia nos serviços e organismos, e na emissão de gases de efeito de estufa [5]. Seguindo assim os planos referidos, pretende-se traçar uma estratégia sustentável de eficiência energética e de exploração de energias renováveis para Portugal, contribuindo para uma economia competitiva e de baixo carbono, de acordo com o panorama económico e tecnológico que marcará a próxima década, procurando sustentá-los num quadro regulatório que viabilize o sucesso da sua execução de forma realista e pragmática.
2.3. Eficiência Energética na Indústria
Em Portugal, o setor energético na indústria, até à publicação do Decreto-Lei nº58/82 - que foi designado por Regulamento de Gestão do Consumo de Energia (RCGE) - não possuía nenhuma legislação específica de eficiência energética para a Indústria.
Desta forma, desde 1982, até a um passado não muito longínquo (15 de abril de 2008), encontrou-se em vigor o RGCE, que teve como objetivos principais a redução do consumo energético dos grandes consumidores de energia, em Portugal e o estabelecimento de metas que permitissem às empresas uma redução progressiva dos seus consumos. Deste modo, criaram-se meios para minorar os efeitos da crise energética no país, contudo, sem agravar as condições de utilização da energia por parte dos consumidores [6].
O RGCE era aplicado, a todos e quaisquer consumidores intensivos de energia (CIE), nos quais uma das seguintes condições se verificasse [7]:
1. Tivessem apresentado, durante o ano anterior, um consumo energético anual superior a 1000 tep;
2. Tivessem instalados equipamentos cuja soma dos consumos energéticos nominais excedesse 0,5 tep/hora;
3. Tivessem instalado, no mínimo, um equipamento cujo o consumo energético nominal excedesse 0,3 tep/hora.
Em casos excecionais, o RGCE, poderia ser aplicado a quaisquer outros CIE não verificassem as condições anteriormente referidas, particularmente quando a participação do consumo energético fosse significativa no custo final do produto.
Perante estas condições, os proprietários das instalações CIE (ou os responsáveis pela a utilização das instalações) incorriam nas seguintes obrigações [6, 7]:
• Examinar as condições das instalações relativamente à utilização de energia, isto é, realizar auditorias energéticas, por técnicos ou entidades oficialmente reconhecidas para esse fim, como regulamentado pela Portaria nº359/82;
Eficiência Energética 9
• Elaborar um Plano de Racionalização do Consumo de Energia (PREn), sujeito à aprovação da Direção Geral de Geologia e Energia (DGEG). Este plano estabelecia metas de redução dos consumos específicos, por tipo de produto ou de instalação e abrangia um período de 5 anos. O plano deveria ser, ainda, elaborado de forma a que permitisse, em qualquer momento da sua aplicação, uma fácil verificação dos desvios;
• Cumprir o PREn, sob a responsabilidade de um técnico qualificado, produzindo Relatórios de Progresso Anuais.
O incumprimento destas obrigações, por parte das entidades proprietárias, levaria a que estas ficassem sujeitas à perda do direito a benefícios de esquemas de apoio e de incentivos a investimentos, no âmbito da energia, e ainda a que elas estariam sujeitas a multas, que poderiam duplicar o seu valor, caso se tratassem de casos de reincidência.
Contudo, em abril de 2008, de acordo com a publicação do Decreto-Lei nº71/2008, institui-se, e regulamentou-institui-se, o Sistema de Gestão dos Consumos Intensivos de Energia (SCGIE). Este diploma foi alterado pela Lei nº7/2013, de 22 de janeiro, e pelo Decreto-Lei nº68-A/2015, de 30 de abril.
O SGCIE é aplicado a todas as instalações CIE, com um consumo anual igual ou superior a 500 tep. Este sistema, sendo uma das ações previstas no PNAEE, veio substituir o RGCE, procurando compatibilizar este último com as novas exigências ao nível das emissões de gases de efeitos de estufa, com o objetivo de promover a eficiência energética e monitorizar os consumos energéticos de instalações consumidoras intensivas de energia, com o principal enfoque no setor industrial.
Neste sentido, atualmente, o novo regime aplica-se às instalações consideradas CIE que apresentem elevados consumos energéticos, separando-as em dois escalões [8]:
1. Instalações CIE com um consumo anual igual ou superior a 500 tep mas inferior a 1000 tep;
2. Instalações CIE com um consumo anual igual ou superior a 1000 tep.
Contudo, existem algumas instalações CIE às quais não se aplica o SGCIE, sendo eles especificadas no Decreto-Lei nº71/2008, e que são as seguintes: instalações de cogeração juridicamente autónomas dos respetivos consumidores de energia; empresas de transporte e empresas com frotas próprias consumidoras de intensivas de energia; edifícios sujeitos ao SCE, RCCTE e RSECE; instalações sujeitas ao PNALE.
Este regime pode ser aplicável às empresas que tendo um consumo energético inferior a 500 tep, ou àquelas que sendo uma das exceções referidas anteriormente, pretendam, de forma voluntária, celebrar Acordos de Racionalização de Consumo de Energia (ARCE) [8].
Visto isto, em relação ao RGCE, o SGCIE afeta um maior número de instalações CIE onde deverão ser aplicadas medidas obrigatórias que promovem eficiência energética e racionalização do uso de energia.
No SGCIE, de modo semelhante ao que já acontecia com o RGCE, o responsável da instalação CIE tem as seguintes obrigações [8]:
• Promover o registo das instalações; • Realizar auditorias energéticas;
• Elaborar Planos de Racionalização do Consumo de Energia (PREn), apresentando-os à ADENE (Agência para a Energia);
